You might think of gas masks as clunky, spooky, military-looking devices only found in spy movies or World War I museums. But you probably already own a mask that uses remarkably similar technology. And in the near future, we may need to rely on these filters as part of our everyday lives. In addition to emerging diseases, wildfire frequency has more than tripled from 1996 to 2021. As fires burn longer and cover more land, their smoke affects more people each year. Climate change is also causing more hot, sunny days, which accelerates the production of toxic ground level ozone. So, how do these masks work, and can they protect us from new and old airborne threats?
Gaz maskelerini sadece casus filmlerinde veya 1. Dünya Savaşı müzelerinde bulunan kaba, ürkütücü, askeri görünümlü cihazlar olarak düşünebilirsiniz. Ancak muhtemelen zaten oldukça benzer teknolojiyi kullanan bir maskeniz var. Yakın gelecekte, günlük yaşamımızın bir parçası olarak bu filtreleri kullanmamız gerekebilir. Yeni çıkan hastalıkların yanı sıra, 1996′dan 2021′e kadar orman yangınlarının sıklığı üç kattan fazla arttı. Yangınlar daha uzun süre yandıkça ve daha geniş alanları kapladıkça, dumanları her yıl daha fazla insanı etkiliyor. İklim değişikliği daha fazla sıcak, güneşli günün oluşmasına neden oluyor, bu da toksik zemin seviyesindeki ozon üretimini hızlandırıyor. Peki, bu maskeler nasıl çalışır ve bizi yeni ve eski havadan bulaşan tehditlerden koruyabilirler mi?
Well, the first rule of filters is making sure you have a tight seal. Without that, even the best mask in the world is useless. So assuming your mask is on tight, this technology can capture pollutants in one of two ways: filtering them out by size or attracting specific chemical compounds.
İyi filtrelemenin ilk kuralı, maskeyi tam bir şekilde takmaktır. Bu olmadan, dünyadaki en iyi maske bile işe yaramaz. Dolayısıyla maskeniz sıkı bir şekilde takılmışsa, bu teknoloji kirleticileri iki şekilde yakalayabilir: Boyutlarına göre filtreleyerek veya belirli kimyasal bileşikleri çekerek.
For an example of the first approach, let’s look at wildfire smoke. When forests burn, they generate a wide variety of chemicals. At close range, there are so many different pollutants at such high concentrations that no filter could help you— this is why firefighters travel with their own air supply. But further away, the situation is different. While there's still a range of chemicals, they’ve mostly aggregated into tiny solid or liquid particles smaller than 2.5 microns in diameter. This particulate matter is much of what you're seeing and smelling in smoke, and it's especially dangerous for children, the elderly, and those with respiratory or cardiovascular diseases.
İlk yaklaşımın bir örneği olarak, orman yangını dumanına bakalım. Ormanlar yandığında çok çeşitli kimyasallar üretirler. Yakın mesafede, o kadar çok farklı kirletici yüksek yoğunlukta bulunur ki hiçbir filtre size yardımcı olamaz. Bu nedenle itfaiyeciler kendi hava kaynaklarıyla seyahat ederler. Ancak uzak mesafede, durum farklıdır. Hâlâ bir dizi kimyasal madde bulunmakla birlikte, çoğunlukla çok küçük katı veya sıvı parçacıklara toplanmış durumda, çapı 2.5 mikrometreden daha küçüktür. Bu partikül madde, dumandaki gördüğünüz ve kokladığınız şeylerin çoğudur ve özellikle çocuklar, yaşlılar ve solunum veya kardiyovasküler hastalığı olanlar için çok tehlikelidir.
Luckily, the majority of these particulates are still large enough to be captured by the most basic filters, which are made of polypropylene or glass strands roughly 1/10 the width of a human hair. Under a microscope, they look like a thick forest, and at this scale, these branches have a special property.
Neyse ki, bu partiküllerin çoğu, hâlâ en temel filtreler tarafından yakalanacak kadar büyüktür. Bu filtreler, yaklaşık olarak insan saçının 1/10 genişliğinde olan polipropilen veya cam ipliklerden yapılmıştır. Mikroskop altında, bunlar kalın bir ormana benzer ve bu ölçekte, bu dalların özel bir özelliği vardır.
Typically, when you use a sieve, you’re filtering out objects larger than the sieve’s holes. But these polypropylene branches can catch particles much smaller than the gaps between them.
Genellikle, bir süzgeç kullandığınızda, süzgecin deliklerinden daha büyük olan nesneleri filtreliyorsunuzdur. Ancak bu polipropilen dallar, aralarındaki boşluklardan daha küçük parçacıkları yakalayabilir.
That’s because, when a particle collides with a thread, van der Waals forces cause it to stick as if it were made of Velcro. Plus, size-based filters can use electrically charged fibers that attract particles not already on a collision course. This is how even a simple N95 mask can catch at least 95% of particulate matter. And why an N100 mask or an air purifier with a high efficiency particulate air filter can catch at least 99.97% of particulates. With a tight seal, this level of protection will filter out most airborne pollution.
Bunun nedeni, bir parçacık bir iplikle çarpıştığında, van der Waals kuvvetleri, onu Velcro gibi yapıştırır. Ayrıca, boyuta dayalı filtreler, zaten bir çarpışma yolunda olmayan parçacıkları çeken elektriksel olarak şarj edilmiş lifler kullanabilir. Basit bir N95 maskesi partikül maddenin en az %95′ini bu şekilde yakalayabilir. Ve neden bir N100 maskenin veya yüksek verimli partikül hava filtresine sahip hava temizleyicinin en az %99,97 partikülü yakalayabileceği belirtiliyor. Tam bir şekilde kapatılmışsa, bu koruma seviyesi çoğu havadan yayılan kirliliği filtreleyecektir.
Unfortunately, some pollutants are still too small for this approach, including ozone molecules. These are barely bigger than the oxygen that we need to breathe and exposure is associated with asthma, respiratory conditions, and even premature death. Our best chance to filter them are activated carbon masks. At the microscopic level, activated carbon looks like a vast black honeycomb, and it's highly microporous structure can trap tiny ozone molecules. But this material still needs help to capture other pollutants like hydrogen sulfide, chlorine, and ammonia. For these threats, we need to combine the activated carbon with some simple chemistry. If the pollutant is acidic, we can infuse the filter with a basic chemical. Then when the two meet, they react, and the gas is trapped. Similarly, we can use acids to trap basic pollutants.
Ne yazık ki, bazı kirleticiler hâlâ bu yaklaşım için çok küçüktür, bunlar arasında ozon molekülleri de bulunur. Bunlar, soluduğumuz oksijenden neredeyse hiç büyük değil ve maruz kalma astım, solunum yolu rahatsızlıkları ve hatta erken ölümle ilişkilendirilmiştir. Onları filtrelemek için en iyi şansımız aktif karbon maskeleridir. Mikroskopik düzeyde aktif karbon, geniş bir siyah petek gibi görünür, ve çok mikroporlu yapısı küçük ozon moleküllerini hapsetebilir. Ancak bu malzemenin hidrojen sülfür, klor ve amonyak gibi diğer kirleticileri yakalamak için hâlâ yardıma ihtiyacı var. Bu tehditler için, aktif karbonu bazı basit kimya ile birleştirmemiz gerekiyor. Kirletici asidikse, filtreye bazik bir kimyasal enjekte edebiliriz. Sonra ikisi karşılaştığında, reaksiyona girerler ve gaz hapsolur. Benzer şekilde, bazik kirleticileri hapsetmek için asitler kullanabiliriz.
Even with the right mask, it's still smart to check air quality indicators and to stay indoors when the threat level is high. And just like a mask, you'll want to make sure your house is well sealed. You can do this by closing windows, turning off fans that vent outside, and using HEPA filter equipped air purifiers or their cheaper, DIY cousin, the Corsi-Rosenthal box. Following these guidelines can help us breathe easy as we work on preventing these pollutants in the first place.
Doğru maske olsa bile, hava kalitesi göstergelerini kontrol etmek ve tehdit seviyesi yüksek olduğunda içeride kalmak akıllıcadır. Bir maske gibi, evinizin iyi kapatıldığından emin olmak isteyeceksiniz. Bunu pencereleri kapatıp, dışarı hava çıkaran vantilatörleri kapatıp HEPA filtreli hava temizleyicileri veya daha ucuz, kendin yap Corsi-Rosenthal kutusu gibi alternatifleri kullanarak yapabilirsiniz. Bu yönergeleri takip etmek, kirleticileri başlangıçta engellerken rahat bir nefes almamıza yardımcı olabilir.